MỤC TIÊU
1. Trình bày được cấu trúc của ba nhóm coumarin: coumarin đơn giản, furanocoumarin, pyranocoumarin.
2. Nêu được lý tính và hóa tính của coumarin.
3. Trình bày các phương pháp định tính coumarin.
4. Nêu được cách chiết xuất, tác dụng và công dụng của coumarin.
5. Nhận biết và sử dụng các dược liệu chứa coumarin: Bạch chỉ, Tiền hồ, Sài đất, Mù u.
NỘI DUNG
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ COUMARIN
Coumarin là những dẫn chất α-pyron có cấu trúc C6 - C3.
O O O O
2 3 5 4
6 7
8
α-pyron Benzo α-pyron
Hình 9.1. Khung cơ bản của nhóm coumarin
Benzo α-pyron là coumarin đơn giản nhất tồn tại trong thực vật được biết từ năm 1820 trong hạt của cây Dipteryx odorata willd., thuộc họ Đậu. Cây này mọc ở Brazil, có trồng ở Venezuela và có tên địa phương là “coumarou”, do đó mà có tên coumarin. Benzo α-pyron còn có trong lá cây Asperula ortorata L., họ Cà phê, trong một số cây thuộc chi Melilotus họ Đậu. Chất này có mùi thơm dễ chịu, được dùng làm hương liệu.
Người ta có thể coi α-pyron là một lacton (ester nội) của acid hydroxy cinnamic.
2. PHÂN LOẠI COUMARIN
Cho đến nay người ta biết hơn 200 chất coumarin khác nhau. Có thể phân coumarin thành ba nhóm lớn: nhóm coumarin đơn giản, nhóm furano-coumarin và nhóm pyrano-coumarin.
2.1. Coumarin đơn giản
128
O O H3CO
Tên chất Nhóm thế
O O
R3 R4
R5 R6
R7
R8
Coumarin:
Umbelliferon Esculetin Herniarin Scopoletin
R7 = OH R6 = R7 = OH R7 = -OCH3
R6 = -OCH3; R7 = OH Hình 9.2. Khung cơ bản của coumarin đơn giản
2.1.1. Dạng monomer
Umbelliferon Esculetin Herniarin
O O HO
H3CO
O O OH
OCOCH3
Scopoletin Warfarin
Hình 9.3. Cấu trúc của một số dạng monomer của coumarin
2.1.2. Dạng dimer
Hình 9.4. Cấu trúc dạng dimer của coumarin -Dicoumarol
Dicoumarol là một chất chống đông máu có chức năng như một chất đối kháng vitamin K (tương tự như warfarin).
Dicoumarol là một hợp chất tự nhiên và là dẫn xuất của coumarin. Nó thường được tạo thành trong thức ắn bị mốc hoặc ủ lên men nhờ một số loài nấm. Dicoumarol được tìm thấy trong cỏ khô ủ lên mốc và được xem là nguyên nhân gây bệnh chảy máu tự nhiên ở gia súc.
Được tìm thấy vào năm 1940, dicoumaron trở thành thuốc đầu tiên của nhóm thuốc chống đông máu là dẫn xuất của 4-hydroxycoumarin sau một thời gian ngắn nó được sử dụng như một thuốc chống đông trong y học, nhưng từ giữa năm 1950 nó đã
O O
HO HO O O
HO O O
HO
129 được thay thế bởi dẫn xuất đơn giản hơn là warfarin và các dẫn xuất 4- hydroxycoumarin khác.
2.2. Furano-coumarin (furocoumarin)
Tên chất Nhóm thế
Nhóm Psoralen
O O
2 3 5 4
6
8
R3 R4 R5
R8 O 7
1
R4'
R5'
Psoralen Bergaptol Bergapten Peucedanin Xanthotoxol Xanthotoxin
R3 => R8 = H R5 = OH R5 = OCH3
R4’ =OCH3 ; R5’ = -CH-(CH3)2
R8 = OH R8 = OCH3
Nhóm Angelicin
O O R3 R4 R5 R6 O
R3' R2'
Angelicin Isobergapten Sphondin Pimpenellin
Các nhóm thế = H R5 = OCH3
R6 = OCH3
R5 = R6 = OCH3
Hình 9.5. Các phân nhóm Furano – Coumarin
2.2.1. Phân nhóm psoralen - Nhóm 6,7-furanocoumarin
O O O
O O O
OH
Psoralen Bergaptol Bergapten
O O O
H3CO
O O O
OH OCH3
O O O
Peucedanin Xanthotoxol Xanthotoxin
Hình 9.6. Cấu trúc của các chất trong phân nhóm psoralen
2.2.2. Phân nhóm angelicin - Nhóm 7,8-furanocoumarin (angular)
O O O
O O O
OCH3
130
Angelicin Iso-bergapten
Sphondin
O O O
H3CO
OCH3
Pimpenellin Hình 9.7. Cấu trúc các chất trong phân nhóm angelicin 2.3. Pyrano-coumarin
2.3.1. Phân nhóm Xanthyletin (- 6,7-pyranocoumarin)
O O
O O O O
OCH3
O O O
OCH3
Xanthyletin Xanthoxyletin Luvangentin
Hình 9.8. Cấu trúc các chất trong phân nhóm xanthyletin
2.3.2. Phân nhóm seselin (7,8-pyranocoumarin)
O O O
Hình 9.9. Cấu trúc seselin
Ngoài những nhóm chính như trên, còn một số nhóm coumarin khác ít gặp hơn như:
Nhóm Couumestan (Nhó m Coumaro - Flavonoid)
Ví dụ: Wedelacton có trong cây Sài đất - Wededia calendulacea.
Nhóm 4-Phenyl coumarin
Ví dụ calophyllolid trong cây Mù u - Calophyllum inophyllum Hình 9.10. Cấu trúc của Wedelolacton
131 3. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC
Qua hầu hết các chất thuộc các nhóm coumarin nói trên ta luôn luôn thấy có nguyên tử oxy nối vào C-7 nên có thể coi tất cả các dẫn xuất coumarin đều xuất phát từ umbelliferon.
Coumarin thuộc nhóm các hoạt chất phenol nhưng phần lớn các nhóm -OH phenol được ether hóa bằng nhóm -CH3 hay bằng một mạch terpenoid có từ 1 - 3 đơn vị isoprenoid.
Trong tự nhiên, coumarin ít tồn tại dưới dạng glycosid, nếu có thì mạch đường thường đơn giản, hay gặp là glucose, đôi khi là glc - glc hoặc glc - xyl.
4. TÍNH CHẤT 4.1. Lý tính
Coumarin là những chất kết tinh không màu, một số lớn dễ dàng thăng hoa có mùi thơm. Ở dạng kết hợp glycosid thì có thể tan trong nước, ở dạng aglycon (chiếm đa số) thì dễ tan trong dung môi kém phân cực.
Các dẫn chất coumarin có huỳnh quang dưới ánh sáng tử ngoại. Cường độ huỳnh quang phụ thuộc nhóm oxy của phân tử coumrin cũng như pH của dung dịch.
Khả năng cho huỳnh quang mạnh nhất là nhóm OH ở C-7.
4.2. Hóa tính
Coumarin có vòng lacton (este nội) nên bị mở vòng bởi kiềm tạo thành muối tan trong nước, nếu acid hóa thì sẽ đóng vòng trở lại. Kiềm còn có tác dụng cắt các nhóm acyl trong các dẫn chất acylcoumarin.
Nếu thủy phân acylcoumarin bằng H2SO4 trong cồn thì thường kèm theo sự dehydrat hóa và có sự biến đổi cấu trúc, ví dụ visnadin tạo thành 3’-ceto-3’,4’-dihydro seselin.
O O O
H3C H3C
OCO
OCOCH3 CH CH3
CH2 CH3
O O O
O H3C
H3C Hình 9.11. Cấu trúc của Calophyllolid
H2SO4/cồn
132
Visnadin 3-ceto-3,4’- dihydro seselin
Hình 9.12. Phản ứng dehydrat hóa và biến đổi cấu trúc Visnadin
Coumarin gắn được với brôm (tỉ lệ mol 1:1) ở nhiệt độ lạnh tạo thành dibromid.
Chất này dễ bị cắt HBr và cho dẫn chất 3-bromcoumarin.
Do hiệu ứng liên hiệp của dây nối đôi ở vị trì 3 - 4 với nhóm carbonyl nên tạo ra trung tâm ái điện tử ở carbon b. Do đó coumarin có thể tác dụng với một số chất lưỡng cực. Ví dụ với kali cyanid thì tạo thành 4-cyanohydrocoumarin.
Benzen khi có mặt AlCl3 không tác dụng với coumarin nhóm I, còn với các furocoumarin thì sảy ra sự mở vòng furan và tạo thành dẫn chất 6-(1’,2’-diphenyl- ethyl)-7 hydroxy coumarin.
5. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TÍNH COUMARIN 5.1. Định tính
Định tính nhóm OH phenol: các dẫn chất coumarin có -OH phenol tự do sẽ cho màu xanh với thuốc thử FeCl3.
Phản ứng với thuốc thử diazoni: dựa vào phản ứng ghép đôi với muối diazoni để định tính coumarin. Cho vào ống nghiệm 1 - 2ml dịch coumarin trong cồn, thêm 3ml dung dịch Na2CO3 2%. Đun cách thủy rồi để nguội, thêm vào dung dịch vài giọt thuốc thử diazioni (có thê dùng thuốc thử diazioni của p-nitroanilin hoặc của acid sulfanitic). Màu bền và thay đổi tùy theo cấu trúc từ vàng, cam, đỏ cam, hồng, đỏ.
Thử nghiệm vi thăng hoa: thực hiện vi thăng hoa dược liệu để coumarin bám lên lam kính rồi cho tác dụng với một giọt dung dịch I+KI, soi kính hiển vi thấy có tạo thành tinh thể iodo coumarin màu nâu sẫm hoặc tím.
Thử nghiệm dựa trên sự đóng mở vòng lacton: có thể xác định coumarin dựa vào độ tan khác nhau của nhóm hợp chất này khi ở dạng mở vòng và đóng vòng lacton. Cho vào 2 ống nghiệm mỗi ống 1 - 2 ml dịch chiết cồn từ dược liệu. Ống thứ nhất cho thêm 0,5 ml NaOH 10% rồi đun cách thủy cả hai ống (ống có coumarun thường có màu vàng xuất hiện). Để nguội, thêm vào mỗi ống 4ml nước cất, nếu ống thứ nhất trong hơn ống thứ hai nhưng sau đó acid hóa mà đục hoặc có kết tủa như ống thứ hai thì sơ bộ xác định có coumarin.
Thử nghiệm dựa trên sự phát huỳnh quang:
- Dựa vào đặc tính các coumarin có huỳnh quang tăng lên trong môi trường kiềm khi soi dưới ánh đèn tử ngoại. Nguyên nhân sau khi mở vòng lacton bằng kiềm thì coumarin tạo thành dẫn chất hydroxycinnamic ở dạng cis (acid coumarinic). Chất này dưới tác dụng của tia tử ngoại thì chuyển thành dạng trans (acid coumaric) có huỳnh quang sáng hơn.
COO -
OH OH
COO
Hình 9.13. Sự chuyển hóa dạng cis sang dạng trans của coumarin h
133 - Cách làm: nhỏ một giọt dung dịch có coumain lên giấy thấm, nhỏ tiếp lên đó giọt NaOH 5%, sấy nhẹ cho khô. Che nửa vết bằng đồng xu hay miếng kim loại rồi chiếu tia tử ngoại trong vài phút sau đó cất đồng xu đi, sẽ thấy nửa hình tròn không che sáng hơn nữa vòng tròn bị che. Nều tiếp tục chiếu, độ sáng của nửa bị che sẽ sáng dần lên cho tới khi hai nửa sáng như nhau.
Phản ứng với hydroxylamin:
- Chuyển coumarin thành dẫn chất hydroxamic bằng cách cho tác dụng với hydroxylamine trong môi trường kiềm, sau đó cho tác dụng tiếp với muối sắt III, sẽ tạo phức cho màu.
- Cách làm: cho vài giọt dung dịch coumarin trong ether vào ống nghiệm, thêm 1 giọt dung dịch bão hòa hydroxylamin hydrochlorid trong cồn và một giọt KOH bão hòa trong cồn. Hỗn hợp được đun trên ngọn lửa nhỏ cho đến khi thấy có bọt nhỏ. Để nguội, sau khi dung dịch nguội, acid hóa hỗn hợp với HCl 0,5N rồi thêm 1 giọt FeCl3
1%. Dung dịch sẽ có màu tím đỏ.
5.2. Sắc ký lớp mỏng
Để xác định đối chiếu các coumarin, có thể tiến hành sắc ký lớp mỏng.
Dịch chiết để chấm sắc ký: dịch chiết methanol.
Thường dùng lớp mỏng silicagel F254
Dung môi khai triển:
Toluen - ethylformat - acid formic (50:40:10) Benzen - aceton (9:1)
Benzen - ethylacetat (9:1) Dibutyl ether
Hiện màu bằng cách phun dung dịch iod - kali iodid (0,2g I và 0,4g KI trong 100ml nước) hoặc soi dưới đèn tử ngoại 365 nm.
Bảng phân tích sắc ký lớp mỏng các coumarin theo M. Luckner [Ngô Vân Thu - Trần Hùng (2011), Dược liệu học, tập 1, NXB Y học, trang 446]
Những thuốc thử khác cũng đã được sử dụng để phát hiện coumarin trong sắc ký như KOH trong methanol, thuốc thử diazoni, thuốc thử clorosulfonic acid.
6. ĐỊNH LƯỢNG
Định lượng bằng phương pháp oxy hóa - khử. Coumarin trong dược liệu được chiết bằng phương pháp cất kéo bằng hơi nước ở áp suất giảm. Chuẩn độ bằng KMnO4 0,1N.
Định lượng bằng phương pháp so màu. Ứng dụng phương pháp đo màu sau khi làm các phản ứng màu, ví dụ như các phản ứng kết hợp với các muối diazoni.
Định lượng bằng phương pháp đo UV hay huỳnh quang. Xác định hàm lượng các coumarin tinh khiết sau khi tách các vết bằng sắc ký lớp mỏng bằng cách đo độ hấp thu của dung dịch UV hay cường độ phát huỳnh quang.
134
Định lượng bằng sắc ký lỏng cao áp. Sử dụng chất chuẩn để định lượng riêng các chất trong hỗn hợp. Detector dùng để phát hiện thường dùng là UV hay hiện đại hơn là MS. Detector huỳnh quang cũng có thể được dùng và cho độ nhạy cao hơn UV 7. CHIẾT XUẤT
Spath dựa vào sự đóng mở vòng lacton để chiết xuất một số coumarin. Trước hết là chiết xuất coumarin bằng ether dầu hoặc bằng một dung môi hữu cơ khác. Tiếp theo, chiết coumarin trong dung môi hữu cơ với dung dịch NaOH. Tách riêng lớp kiềm rồi acid hóa, sau đó lại chiết với dung môi hữu cơ, bốc hơi dung môi để thu được hỗn hợp coumarin thô tinh chế.
Đối với dẫn chất có nhiều nhóm -OH hoặc đối với coumarin glycosid thì chúng khó tan trong dung môi hữu cơ, các phenol coumarin rất dễ bị oxy hóa bởi không khí trong môi trường kiềm, các acyl coumarin cũng dễ bị cắt nhóm acyl trong môi trường kiềm nên phương pháp Spath cũng bị hạn chế. Trong trường hợp tách các acyl coumarin nên dùng các dung môi kém phân cực rồi tăng dần sự phân cực. Bốc hơi từng dung môi, kiểm tra sự có mặt của coumarin rồi tách riêng biệt từng dẫn chất coumarin bằng sắc ký cột. Dùng chất hấp thụ là silicagel, dung môi đẩy CHCl3 + 2%
aceton, hỗn hợp aceton - acid - nước (90:10:1) hoặc dùng polyamid đẩy bằng MeOH với các độ cồn khác nhau.
Để tinh chế coumarin, có thể dùng phương pháp thăng hoa chân không.
8. TÁC DỤNG VÀ CÔNG DỤNG
Tác dụng đáng chú ý của các dẫn chất coumarin là chống co thắt, làm giản nở động mạch vành mà cơ chế tác dụng tương tự như papaverin. Hàng loạt các chất coumarin tự nhiên cũng như tổng hợp đã được thí nghiệm. Một số dược liệu ứng dụng để khai thác tác dụng nêu trên như : rễ Tiền hồ (Peucedanum morisonii Bess), hạt Cà Rốt (Daucus savitus), quả Ammi visnaga (L) Lam., rễ Bạch chỉ (Angelica dahurca Benth.
et. Hook. f.)
Tác dụng chống đông máu của coumarin cũng được biết từ lâu. Nhưng chú ý rằng tính chất này chỉ có đối với các chất có nhóm thế -OH ở vị trí 4 và có sự sắp xếp kép của phân tử, ví dụ chất dicoumarol lần đầu tiên được phát hiện khi chất này sinh ra trong khi ủ đống các cây thuộc chi Melilotus và khi súc vật ăn thì bị chảy máu do làm giảm sự tổng hợp prothrombin. Hiện nay dicoumarol được chế tạo bằng con đường tổng hợp.
Một số coumarin có tác dụng như vitamin P (làm bền và bảo vệ thành mạch), ví dụ bergapten, aesculin, fraxin.
Tác dụng chữa bệnh bạch biến hay bệnh lang trắng và bệnh vẩy nến. Tính chất này chỉ có ở những dẫn chất furanocoumarin như psoralen, angelicin, xanthotoxin, imperatorin.
Tác dụng kháng khuẩn. Nhiều dẫn chất coumarin có tác dụng kháng khuẩn, đặc biệt chất novobiocin là một chất kháng sinh có phổ kháng khuẩn rộng có trong nấm Streptomyces niveus.
Một số có tác dụng chống viêm, ví dụ calophyllolid có trong cây Mù u - Calophyllum inophyllum có tác dụng chống viêm bằng ⅓ oxyphenbutazon.
135 Còn các chất calanolid là các dẫn chất coumarin có trong cây Mù u - Calophyllum lanigerum thì gần đây được phát hiện thấy có tác dụng ức chế HIV-1 trên tế bào lymphoblastic.
Cũng cần chú ý rằng các chất aflatoxin là những coumarin độc có trong mốc Aspergillus flavus có thể gâu ung thư.
9. MỘT SỐ DƯỢC LIỆU CHỨA COUMARIN 9.1. Bạch chỉ
Dược liệu là rễ phơi hay sấy khô của cây Bạch chỉ (Angelica dahurca (Fisch.
Ex Hoffm.) Benth. Et Hook), họ Hoa tán (Apiaceae).
Đặc điểm thực vật:
Cây thuộc thảo, thân rỗng, mặt ngoài màu tím hổng, phần dưới của thân nhẵn, phần trên chỗ gần cụm hoa thì có lông ngằn. Nếu để cây phát triển thì có thể cao 2m.
Lá ở gốc to, có bẹ ôm lấy thân, phiến 2-3 lần xẻ lông chim, thùy hính trứng, mép có răng cưa. Cụm hoa tán kép. Cây đã di nhập và trồng có kết quả ở một số tỉnh miền bắc, cây mọc tốt ở đổng bằng lẫn miền núi.
Bộ phận dùng, thu hái, chế biến:
Là rễ củ (Radix Angelicae Dahuricae). Thu hoạch vào mùa hạ, thu khi trời khô ráo, đào lấy rễ củ (tránh làm cây sát và gãy, không lấy củ ở cây ra hoa kết quả). Rửa nhanh, cắt bỏ rễ con, phân riêng các rễ củ có kích thước như nhau. Phơi hay sấy ở nhiệt độ 40-50ºC đến khô hẳn.
Thành phần hóa học:
Ngoài tinh dầu, trong rễ củ có các dẫn chất coumarin chính sau: scopoletin; bergapten; marmesin; angenomalin
O O HO
CH3O
O O O
OCH3
O O O
OCH3
HO
O O O
Scopoletin Bergapten Marmesin Angenomalin
Hình 9.14. Cấu trúc các coumarin trong cây Bạch chỉ Tác dụng và công dụng:
Bạch chỉ có tác dụng làm hạ sốt, giảm đau. Liều nhỏ làm tăng huyết áp, mạch chậm, hơi thở kéo dài, liều cao có thể gây co giật, te liệt toàn thân khi thí nghiệm trên súc vật. Bạch chỉ có tác dụng làm giản động mạch vành. Tác dụng kháng khuẩn đối với một số vi khuẩn: Escherichia coli, Shigella dysenteriae, Samonellia typhi.
Trong đông y dùng trị cảm sốt, nhức đầu, đặc biệt vùng trán, ngạt mũi do bị lạnh. Chữa đau nhức răng, bị thương tích viêm tấy. Chữa khí hư ở phụ nữ.
Hình 9.14. Bạch chỉ - Angelica dahurca Benth. et
Hook. F.
136
Ngày 3-9 g, dạng thuốc sắc hoặc tán bột.
9.2. Tiền hồ
Tiền hồ còn gọi là Quy nam (Lạng Sơn), Tử hoa Tiền hồ (Trung Quốc), Thổ dương quy, Sạ hương thái.
Tên khoa học: Peucedanum decursivum Maxim. (=Angelica decursiva (Miq) Franch et Savat.) thuộc họ Hoa tán (Apiaceae)
Đặc điểm thực vật:
Cây thuộc thảo, cao 0,7-1,4m, mọc thẳng đứng, trên có phần nhánh, thân có khía dọc. Lá ở gốc cây lớn, 1-2 lần xẻ lông chim, cuống dài 14-30cm, phiến lá chia thành thùy hình bầu dục có răng cưa to. Lá ở thân nhỏ, cuống ngắn có bẹ lá phồng và rộng. Lá ở phía không cuống hay thu lại còn bẹ lá. Cụm hoa tán kép. Hoa màu tím. Quả hình bầu dục, cụt ở hai đầu, 5-7mm, rộng 3-5mm. Phân liệt quả, có múi ở cạnh, khi chưa chín 2 phân liệt quả dính chặt vào nhau. Khi chín phân liệt quả ở tung ra, có dìa rộng và hơi
dày.
Phân bố:
Hiện nay mới phát hiện thấy có nhiều ở Đồng Đăng (Lạng Sơn). Ở đây người ta thu mua với tên Quy nam, có người gọi nhầm nó là độc hoạt hay khương hoạt.
Bộ phận dùng, thu hái:
Tiền hồ (Radix Peucedani decursivi) là rễ phơi hay sấy khô của cây tiền hồ hay cây quy nam. Vào mùa thu, đông hay mùa xuân, đào lấy rễ về, rửa sạch đât, phơi hay sấy khô là được
Thành phần hoá học:
Trong tiền hồ có: tinh dầu và các dẫn chất coumarin: nodakenin (một furanocoumarin glucosid) khi thuỷ phân cho ra nodakenetin. Ngoài ra còn có umbelliferon
Hình 9.16. Cấu trúc của Nodakenin
Công dụng và liều dùng:
Theo tài liệu cổ tiền hồ có vị đắng, cay, tính hơi hàn, vào hai kinh phế và tỳ. Có tác dụng tuyên tán phong nhiệt, hạ khí chỉ ho, tiêu đờm. Dùng chữa phong nhiệt, sinh ho, đờm đặc, xuyễn tức. Không thực nhiệt, ngoại cảm không dùng được.
Thường tiền hồ là một vị thuốc chữa ho, trừ đờ. Ngoài ra còn là một vị thuốc chứa sốt, giảm đau dùng trong trường hợp cảm mạo, sốt nóng, đầu nhức.
Hình 9.15. Tiền hồ Peucedanum decursivum Maxim